阪大理系数学'22年前期[3]

正の実数t に対し、座標平面上の2点PとQを考える。t がの範囲を動くとき、座標平面内で線分PQが通過する部分を図示せよ。


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解答 動く線分、曲線の通過範囲を求める問題は、難関大では頻出テーマです。

2点PとQを通る直線の方程式は、
 () ・・・�@
でPはy軸上のの部分に位置する点、Qはx軸上のの部分に位置する点なので、直線�@のうち、線分PQ上に来る部分は、かつの部分の中にあります。 ・・・(*)
のとき,より ・・・�A
のとき、�@を
tの2次関数とみると、
(とおきます)
のグラフは、軸がにある放物線です。なので、,, (の範囲の中間点)と軸の位置との大小関係で場合分けします(2次関数の最大・最小を参照)。
(i) のとき,(ii) のとき,(iii) のとき,(iv) のとき,それぞれの場合に応じて、のグラフは右図のようになります。,,です。
(i) のとき、で、t の範囲は軸の右側に来ます。,(*)とより、 ・・・�B
ただし、においてはなので、線分PQの通過範囲が存在するのはの範囲だけです。
(ii) のとき、で、t の範囲は軸の位置を含み,より、 ・・・�C
(iii) のとき、で、t の範囲は軸の位置を含み,より、 ・・・�D
(iv) のとき、で、t の範囲は軸の左側に来ます。より、 ・・・�E
直線とは、とすると,より、において交わります。
直線とは、とすると,,より、において接します。
直線とは、とすると,,より、において接します。
線分
PQが通過する部分を図示する(不等式の表す領域を参照)と、�A,�B,�C,�D,�Eより、右図黄緑色着色部(境界線を含む)。



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